一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法.pdf

本发明涉及一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。所述尖晶石浇注料的组成及其含量：镁铝尖晶石颗粒为55~72wt%，板状刚玉颗粒为0~15wt%，镁铝尖晶石细粉为4~10wt%，镁铝尖晶石微粉为2~5wt%，α-Al2O3微粉为4~6wt%，Y2O3微粉为0.5~1.5wt%，CeO2微粉为0.5~1.5wt%，TiO2微粉为0.2~1wt%，纯铝酸钙水泥为1~7wt%，CMA水泥为2~12wt%，防爆纤维为0.03~0.1wt%，FS系列减水剂为0.1~0.3wt%。本发明的使用方法是，所述浇注料中加入该浇注料4.8~6.2wt%的水，搅拌均匀，成型，养护，脱模，烘烤。本发明制备的制品具有环境友好、抗煤熔渣渗透和抗侵蚀性能优良、节能、强度高和热震稳定性好的特点，满足水煤浆气化炉生产的需要。

权利要求书
1.  一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料，其特征在于所述尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                55~72wt%；
板状刚玉颗粒                  0~15wt%；
镁铝尖晶石细粉                4~10wt%；
镁铝尖晶石微粉                2~5wt%；
α-Al2O3微粉                   4~6wt%；
Y2O3微粉                     0.5~1.5wt%；
CeO2微粉                     0.5~1.5wt%；
TiO2微粉                      0.2~1wt%；
纯铝酸钙水泥                  1~7wt%；
CMA水泥                     2~12wt%；
防爆纤维                      0.03~0.1wt%；
FS系列减水剂                 0.1~0.3wt%。

2.  根据权利要求1所述的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料，其特征在于所述镁铝尖晶石的颗粒级配是：粒径5~3mm为40~55wt%，粒径3~1mm为25~40wt%，粒径1~0.1mm为15~30wt%。

3.  根据权利要求1所述的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料，其特征在于所述板状刚玉的颗粒级配是：粒径5~3mm为55~75wt%，粒径3~1mm为10~25wt%，粒径1~0.1mm为10~20wt%。

4.  根据权利要求1所述的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料，其特征在于所述镁铝尖晶石细粉的平均粒径为40 ~74μm。

5.  根据权利要求1所述的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料，其特征在于所述镁铝尖晶石微粉的平均粒径为1 ~3μm。

6.  如权利要求1所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法，其特征在于使用时，在所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料中加入该浇注料4.8~6.2wt%的水，搅拌均匀，成型，养护2~3天，脱模，烘烤。

说明书一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法
技术领域
本发明属于尖晶石浇注料技术领域，具体涉及一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。
背景技术
随着煤化工技术的发展，煤炭作为化工原料的比重不断增加，新型煤气化技术得到快速发展。水煤浆气化炉是以水煤浆为原料制取CO和H2为主的混合气体装置。在该装置中，水煤浆经历预热、水分蒸发、煤的干馏、挥发物的裂解燃烧以及碳的气化等一系列复杂的物理、化学过程。因而，水煤浆气化炉内衬耐火材料除了承受高温(1250~1400℃)、高压(4~8.5MPa)和强还原气氛作用外，还遭受酸性煤熔渣的侵蚀。
目前，水煤浆气化炉普遍采用高铬砖（亦称铬铝锆砖）作为内衬耐火材料。“水煤浆气化炉用铬锆砖及其制备方法”（200910047835.1）和“一种水煤浆加压气化炉用95铬铝锆砖及其制备方法”（201010234627.5）的专利技术利用氧化铬抗侵蚀能力强的特点，选择以氧化铬为主要原料经高温烧成制得，具有强度高和抗侵蚀性能好的特点。“一种微孔高铬砖及其制备方法”（201010290267.0）和“一种高热震Cr2O3-Al2O3-ZrO2砖及其制备方法”（201010553234.0）的专利技术则进一步提高了高铬砖或铬铝锆砖的抗侵蚀能力和热震稳定性。为了克服机压成型工艺中模具损耗大、定型制品在使用过程中砖缝部位侵蚀严重的问题，“一种水煤浆加压气化炉用预制件及其制备方法”（201310083219.8）专利技术，采用浇注成型工艺制备以氧化铬为主要原料的水煤浆加压气化炉用预制件。上述专利技术中氧化铬含量均较高，它在生产、使用或回收利用过程中均有可能产生高危害的六价铬离子，大量使用势必会污染环境，威胁人类的健康。“用于水煤浆气化炉的电熔镁铝尖晶石砖及其制备方法”（201210100108.9）专利技术采用熔铸镁铝尖晶石砖，实现了水煤浆气化炉内衬材料的无铬化，但不能用于水煤浆气化炉锥底等部位，其原因是存在如下缺点：该熔铸工艺不仅能耗高，磨具消耗大，在制备过程对材料结构均匀性和晶粒大小控制要求高，冷却过程中易开裂，热震稳定性仍不够。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种环境友好、节能、抗煤熔渣渗透和侵蚀性能优良、热震稳定性好的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                55~72wt%；
板状刚玉颗粒                  0~15wt%；
镁铝尖晶石细粉                4~10wt%；
镁铝尖晶石微粉                2~5wt%；
α-Al2O3微粉                   4~6wt%；
Y2O3微粉                     0.5~1.5wt%；
CeO2微粉                     0.5~1.5wt%；
TiO2微粉                      0.2~1wt%；
纯铝酸钙水泥                  1~7wt%；
CMA水泥                     2~12wt%；
防爆纤维                      0.03~0.1wt%；
FS系列减水剂                 0.1~0.3wt%。
所述镁铝尖晶石的颗粒级配是：粒径5~3mm为40~55wt%，粒径3~1mm为25~40wt%，粒径1~0.1mm为15~30wt%。
所述板状刚玉的颗粒级配是：粒径5~3mm为55~75wt%，3~1mm为10~25wt%，1~0.1mm为10~20wt%。
所述镁铝尖晶石细粉的平均粒径为40 ~74μm。
所述镁铝尖晶石微粉的平均粒径为1 ~3μm。
所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法是，在所述浇注料中加入浇注料4.8~6.2 wt%的水，搅拌均匀，成型，养护2~3天，脱模，烘烤。
由于采用上述技术方案，本发明制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料不含氧化铬，环境友好，对人和动物的健康不会构成威胁。
添加稀土氧化物Y2O3和CeO2能在使用过程中抑制材料内部晶粒异常生长，有利于形成均匀的基质结构，使得材料内部的孔洞呈微细分散状态；当材料遇到煤渣侵蚀时，在材料晶界处能形成高粘滞的液相，从而显著阻止煤渣的渗透。
本发明添加TiO2微粉作为促烧剂，烧结性能得到改善，其显气孔率下降，强度提高。
本发明制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料具有微孔化率高的特征，其平均孔径低于2μm，小于1μm的微孔率超过50%，熔融煤渣不易渗透，即使少量熔渣和材料发生反应，会在材料工作面形成相对致密层，从而阻止熔渣的进一步渗透或反应，故抗煤熔渣渗透和侵蚀性能优良。所制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的主要晶相是镁铝尖晶石相，经检测：体积密度为2.92~3.08g/cm3，显气孔率为14~18%，抗折强度为23~29MPa，耐压强度为180~212MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂。故具有耐高温、热膨胀系数小、热稳定性好、抗剥落能力强和抗渣性能好的特点。
因此，本发明制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料具有环境友好、抗煤熔渣渗透和侵蚀性能优良、节能、强度高和热震稳定性好的特点，满足水煤浆气化炉生产的需要。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的原料技术参数统一描述如下，具体实施例中不再赘述。
所述镁铝尖晶石的颗粒级配是：粒径5~3mm为40~55wt%，粒径3~1mm为25~40wt%，粒径1~0.1mm为15~30wt%。
所述板状刚玉的颗粒级配是：粒径5~3mm为55~75wt%，粒径3~1mm为10~25wt%，粒径1~0.1mm为10~20wt%。
所述镁铝尖晶石细粉的平均粒径为40 ~74μm。
所述镁铝尖晶石微粉的平均粒径为1 ~3μm。
实施例1
一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                55~62wt%；
板状刚玉颗粒                  10~15wt%；
镁铝尖晶石细粉                4~7wt%；
镁铝尖晶石微粉                3~5wt%；
α-Al2O3微粉                   5~6wt%；
Y2O3微粉                     0.5~1wt%；
CeO2微粉                     1~1.5wt%；
TiO2微粉                      0.2~0.6wt%；
纯铝酸钙水泥                  5~7wt%；
CMA水泥                     2~8wt%；
防爆纤维                      0.03~0.07wt%；
FS系列减水剂                 0.1~0.2wt%。
本实施例制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法是，在所述浇注料中加入浇注料4.8~6.2 wt%的水，搅拌均匀，成型，养护2~3天，脱模，烘烤。
本实施例1所制得的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料经检测：体积密度为3.02~3.08g/cm3，显气孔率为15~17%，抗折强度为25~27MPa，耐压强度为192~200MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，抗煤熔渣侵蚀性能优越。
实施例2
一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                60~67wt%；
板状刚玉颗粒                  5~10wt%；
镁铝尖晶石细粉                7~10wt%；
镁铝尖晶石微粉                2~4wt%；
α-Al2O3微粉                   4~5wt%；
Y2O3微粉                     1~1.5wt%；
CeO2微粉                     0.5~1wt%；
TiO2微粉                      0.6~1wt%；
纯铝酸钙水泥                  3~5wt%；
CMA水泥                     4~10wt%；
防爆纤维                      0.06~0.1wt%；
FS系列减水剂                 0.2~0.3wt%。
本实施例制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法同实施例1。
本实施例2所制得的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料经检测：体积密度为2.98~3.04g/cm3，显气孔率为16~18%，抗折强度为23~25MPa，耐压强度为180~188MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，抗煤熔渣侵蚀性能优越。
实施例3
一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                65~72wt%；
板状刚玉颗粒                  0.5~5wt%；
镁铝尖晶石细粉                4~7wt%；
镁铝尖晶石微粉                3~5wt%；
α-Al2O3微粉                   5~6wt%；
Y2O3微粉                     0.5~1wt%；
CeO2微粉                     1~1.5wt%；
TiO2微粉                      0.2~0.6wt%；
纯铝酸钙水泥                  1~3wt%；
CMA水泥                     6~12wt%；
防爆纤维                      0.03~0.07wt%；
FS系列减水剂                 0.1~0.2wt%。
本实施例制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法同实施例1。
本实施例3所制得的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料经检测：体积密度为2.96~3.02g/cm3，显气孔率为14~16%，抗折强度为24~26MPa，耐压强度为188~196MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，抗煤熔渣侵蚀性能优越。
实施例4
一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                65~72wt%；
镁铝尖晶石细粉                7~10wt%；
镁铝尖晶石微粉                2~4wt%；
α-Al2O3微粉                   4~5wt%；
Y2O3微粉                     1~1.5wt%；
CeO2微粉                     0.5~1wt%；
TiO2微粉                      0.6~1wt%；
纯铝酸钙水泥                  3~5wt%；
CMA水泥                     4~10wt%；
防爆纤维                      0.06~0.1wt%；
FS系列减水剂                 0.2~0.3wt%。
本实施例制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法同实施例1。
本实施例4所制得的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料经检测：体积密度为2.92~2.98g/cm3，显气孔率为15~17%，抗折强度为24~26MPa，耐压强度为186~194MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，抗煤熔渣侵蚀性能优越。
实施例5
一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                60~67wt%；
板状刚玉颗粒                  10~15wt%；
镁铝尖晶石细粉                4~7wt%；
镁铝尖晶石微粉                2~4wt%；
α-Al2O3微粉                   4~5wt%；
Y2O3微粉                     0.5~1wt%；
CeO2微粉                     1~1.5wt%；
TiO2微粉                      0.2~0.6wt%；
纯铝酸钙水泥                  5~7wt%；
CMA水泥                     2~8wt%；
防爆纤维                      0.03~0.07wt%；
FS系列减水剂                 0.1~0.2wt%。
本实施例制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法同实施例1。
本实施例5所制得的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料经检测：体积密度为2.98~3.04g/cm3，显气孔率为14~16%，抗折强度为27~29MPa，耐压强度为204~212MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，抗煤熔渣侵蚀性能优越。
实施例6
一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                65~72wt%；
板状刚玉颗粒                  5~10wt%；
镁铝尖晶石细粉                4~7wt%；
镁铝尖晶石微粉                3~5wt%；
α-Al2O3微粉                   4~5wt%；
Y2O3微粉                     1~1.5wt%；
CeO2微粉                     0.5~1wt%；
TiO2微粉                      0.6~1wt%；
纯铝酸钙水泥                  1~3wt%；
CMA水泥                     6~12wt%；
防爆纤维                      0.06~0.1wt%；
FS系列减水剂                 0.2~0.3wt%。
本实施例制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法同实施例1。
本实施例6所制得的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料经检测：体积密度为2.94~3.00g/cm3，显气孔率为14~16%，抗折强度为26~28MPa，耐压强度为200~208MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，抗煤熔渣侵蚀性能优越。
实施例7
一种水煤浆气化炉用尖晶石浇注料及其使用方法。所述水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的组成及其含量：
镁铝尖晶石颗粒                60~67wt%；
板状刚玉颗粒                  0.5~5wt%；
镁铝尖晶石细粉                7~10wt%；
镁铝尖晶石微粉                2~4wt%；
α-Al2O3微粉                   5~6wt%；
Y2O3微粉                     0.5~1wt%；
CeO2微粉                     1~1.5wt%；
TiO2微粉                      0.2~0.6wt%；
纯铝酸钙水泥                  3~5wt%；
CMA水泥                     4~10wt%；
防爆纤维                      0.03~0.07wt%；
FS系列减水剂                 0.1~0.2wt%。
本实施例制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的使用方法同实施例1。
本实施例7所制得的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料经检测：体积密度为3.00~3.06g/cm3，显气孔率为14~16%，抗折强度为27~29MPa，耐压强度为194~202MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂，抗煤熔渣侵蚀性能优越。
本具体实施方式制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料不含氧化铬，环境友好，对人和动物的健康不会构成威胁。
添加稀土氧化物Y2O3和CeO2能在使用过程中抑制材料内部晶粒异常生长，有利于形成均匀的基质结构，使得材料内部的孔洞呈微细分散状态；当材料遇到煤渣侵蚀时，在材料晶界处能形成高粘滞的液相，从而显著阻止煤渣的渗透。
本具体实施方式添加TiO2微粉作为促烧剂，烧结性能得到改善，其显气孔率下降，强度提高。
本具体实施方式制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料具有微孔化率高的特征，其平均孔径低于2μm，小于1μm的微孔率超过50%，熔融煤渣不易渗透，即使少量熔渣和材料发生反应，会在材料工作面形成相对致密层，从而阻止熔渣的进一步渗透或反应，故抗煤熔渣渗透和侵蚀性能优良。所制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料的主要晶相是镁铝尖晶石相，经检测：体积密度为2.92~3.08g/cm3，显气孔率为14~18%，抗折强度为23~29MPa，耐压强度为180~212MPa，热稳定性在1100℃下水冷10次不开裂。故具有耐高温、热膨胀系数小、热稳定性好、抗剥落能力强和抗渣性能好的特点。
因此，本具体实施方式制备的水煤浆气化炉用尖晶石浇注料具有环境友好、抗煤熔渣渗透和侵蚀性能优良、节能、强度高和热震稳定性好的特点，满足水煤浆气化炉生产的需要。